Има магия в откриването на нов тип магнетизъм
Както се твърди в някои разкази, камъните са забелязани за първи път около 2500 г. пр. н. е. от овчар в Магнезия, в днешна Турция. Той забеляза, че те се залепват за пироните на обувките му.
Камъните са направени от естествено магнитна желязна руда. Вероятно вече са били познати на китайците, които са използвали магнитни магнити - форма на магнетит - първо да гадаят, а по-късно да направят навигационни компаси. Ще отнеме до 20-ти век на учените да открият втори тип магнетизъм. Учудващо, изследователите обявиха миналата седмица, че са потвърдили откритието на трети.
„Идеята, че е имало трети тип магнетизъм и ние не сме го забелязали, наистина пленява въображението на хората“, казва Феликс Фликър, изследовател от Бристолския университет, който изучава магнетизма и автор на „Магията на материята“, която прави паралели между научните феномени и магьосничеството. Други форми, смята той, може да очакват откритие.
Освен че добавя мистика към феномен, който отдавна очарова хората, тази нова форма, наречена алтермагнетизъм, може да доведе до по-енергийно ефективни изчисления. Тъй като се смята, че центровете за данни представляват около един процент от световното потребление на електроенергия, дори едно скромно подобрение на ефективността може да има голямо въздействие върху околната среда.
Когато мислим за магнетизъм, обикновено имаме предвид феромагнетизъм. Това е територията на магнитите за хладилник и бар магнитите. Както научихме в училище, противоположностите се привличат и подобните се отблъскват.
Тези сили на привличане и отблъскване са хореографирани на атомно ниво — благодарение на факта, че въртящите се електрони генерират свои собствени миниатюрни магнитни полета. Във феромагнитни материали като желязо, кобалт и никел, завъртанията на съседни електрони могат да бъдат индуцирани да се подредят в една и съща посока, което води до колективен магнитен ефект. Феромагнитите се използват широко в телефони и други устройства, но отблъскването ограничава доколко те могат да бъдат опаковани заедно.
Втори тип магнетизъм, открит през 30-те години на миналия век, се нарича антиферомагнетизъм. В тези материали съседните електрони имат променливо, а не паралелно въртене. Противоположните завъртания все още генерират вътрешен магнетизъм, но взаимно се компенсират в голям мащаб. Съответно антиферомагнетиците не привличат или отблъскват като типичния магнит.
Алтермагнетизмът изглежда съчетава най-доброто от двата свята с уникалната си марка магнитна магия, зависеща от атомната структура на материала. Неговото съществуване беше теоретизирано за първи път от учени в Германия и Чехия преди няколко години; терминът „алтермагнетизъм“ е измислен от Либор Шмейкал от университета Йоханес Гутенберг в Майнц.
Силни експериментални намеци бяха открити впоследствие от екипи в Корея и Китай; потвърждението най-накрая дойде от международен екип, включително Šmejkal, с резултати, публикувани миналата седмица в списанието Nature.
Изследователите са изследвали кристали на манганов телурид, основен заподозрян алтермагнетик. Както беше предвидено, завъртанията на съседните електрони се редуваха - което означава, че външно противоположните завъртания ще се компенсират взаимно, точно както в антиферомагнетик. Но допълнителната сложност в кристалната структура, а именно ориентацията на атомите, създаде вътрешно магнитно поле около хиляда пъти по-силно от това на магнит за хладилник.
Накратко, потвърдиха експериментаторите, алтермагнитите наистина съществуват — с магнитни спецификации, привидно специално създадени за по-добро съхранение на данни. Може да има до 200 съединения с алтермагнитни свойства.
Откритието също така повдига възможността за използване на магнитните свойства на електроните, вместо техните електрически характеристики, за извършване на изчисления. Областта се нарича спинтроника, а не електроника. „Спинтрониката“, казва Фликър, „въодушевява хората, защото е значително по-енергийно ефективна и компютрите все повече са едно от основните приложения на енергия в света.“
Като оставим настрана практическите предимства, всичко свързано с магнетизма, оркестрирано на квантово ниво и въпреки това толкова ясно видимо в ежедневието, предполага по-скоро магьосничество, отколкото наука. Силовите камъни, единствените постоянни магнити в природата и приписвани на души от гърците, защото могат да движат железни люспи, имат забележителен произход: това са парчета хематит, за които се смята, че са магнетизирани от удари на мълния, тъй като се намират само на или близо до земната повърхност.
Без магнитни камъни, които да поддържат намагнетизирани стрелките на компаса, на първите мореплаватели би било по-трудно да се движат в непознатите морета. Радващо е, че новите методи на изследване сега позволяват по-пълно да се очертае самият пейзаж на магнетизма.
